(57)【要約】【課題】冷房単独モード、冷房＋給湯モード、暖房単独モード、暖房＋給湯モード、及び給湯単独モードの各動作モードで動作可能で、冷房単独モード、及び給湯単独モードで動作するときにも熱交換能力のほぼ全てを冷房及び給湯に利用できる給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機を提供することを課題とする。【解決手段】供給栓２０ａから第２給湯熱交換器７を経由して第１給湯熱交換器３まで給湯水管１１を配管して、冷媒Ｒｆと給湯水Ｗ２が熱交換する給湯熱交換器を構成する。さらに、冷媒Ｒｆと冷暖房用水Ｗ１が熱交換する水側熱交換器８を、第２給湯熱交換器７と並列に配設する。そして、冷媒Ｒｆの流通経路を切り換える四方弁４と、第２給湯熱交換器７の冷媒Ｒｆの流通を制御する第１制御バルブ７ａと、水側熱交換器８の冷媒Ｒｆの流通を制御する第２制御バルブ８ａを備える給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、負荷に供給される被熱交換体と前記冷媒が熱交換する空調用熱交換器と、外気と前記冷媒が熱交換する空気側熱交換器と、給湯水と前記冷媒が熱交換する給湯熱交換器と、液化した前記冷媒を減圧膨張させる膨張装置と、前記冷媒の流通を制御する制御弁と、を前記冷媒が流通する冷媒管で配管接続した冷媒回路を備える給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機であって、
前記給湯熱交換器は、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が供給される第１給湯熱交換器と、前記第１給湯熱交換器と直列に配設される第２給湯熱交換器を含み、前記給湯水の供給源から前記第２給湯熱交換器を経由して前記第１給湯熱交換器まで、前記給湯水が流通する給湯水管を配管して構成され、
前記空調用熱交換器は前記第２給湯熱交換器と並列に配設され、
前記制御弁は、前記第１給湯熱交換器を流通した後の前記冷媒の流通経路を切り換える四方弁と、前記第２給湯熱交換器及び前記空調用熱交換器の前記冷媒の流通を制御する熱交換器用弁機構と、を含むことを特徴とする給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機。
【請求項２】
前記熱交換器用弁機構は、前記第２給湯熱交換器の前記冷媒の流通を制御する第１制御バルブと、前記空調用熱交換器の前記冷媒の流通を制御する第２制御バルブと、を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機。
【請求項３】
前記第１給湯熱交換器は、前記圧縮機から前記四方弁に向う前記冷媒の流通経路に備わることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷房、暖房、給湯の３つの機能を有する給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機は広く知られ、例えば特許文献１には、冷房単独モード、冷房＋給湯モード、暖房単独モード、暖房＋給湯モード、及び給湯単独モードの各動作モードを切り換え可能な、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機（冷暖房給湯装置）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２４７４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば特許文献１に開示される給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機は、冷房と暖房を切り換える冷凍サイクルと、暖房と給湯を切り換える冷凍サイクルの２つの冷凍サイクルが併設された構成であり、この構成によると、例えば給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機が冷房単独モードで動作する場合、片方の冷凍サイクル（暖房と給湯を切り換える冷凍サイクル）は停止する。したがって、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機全体の能力の５０％相当の能力しか冷房に利用できないという問題がある。
【０００５】
同様に、給湯単独モードで動作する場合にも片方の冷凍サイクル（冷房と暖房を切り換える冷凍サイクル）は停止することから、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機全体の能力の５０％相当の能力しか給湯に利用できないという問題がある。
加えて、給湯単独モードで動作する場合には空気側熱交換器が蒸発器となることから、動作条件によっては空気側熱交換器に霜が発生するため除霜する必要があるが、この場合、給湯水を熱源として除霜するため、除霜中は給湯水の温度が低下するという問題もある。
【０００６】
さらに、例えば特許文献１に開示される給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機が冷房＋給湯モードで動作する場合には、冷房用の冷凍サイクルと給湯用の冷凍サイクルとが異なることから、それぞれの熱源が空気側になって排熱回収ができず、省エネルギーを考慮するうえでは改善の余地がある。
【０００７】
そこで本発明は、冷房単独モード、冷房＋給湯モード、暖房単独モード、暖房＋給湯モード、及び給湯単独モードの各動作モードで動作可能で、冷房単独モード、及び給湯単独モードで動作するときにも熱交換能力のほぼ全てを冷房及び給湯に利用できる給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、負荷に供給される被熱交換体と前記冷媒が熱交換する空調用熱交換器と、外気と前記冷媒が熱交換する空気側熱交換器と、給湯水と前記冷媒が熱交換する給湯熱交換器と、液化した前記冷媒を減圧膨張させる膨張装置と、前記冷媒の流通を制御する制御弁と、を前記冷媒が流通する冷媒管で配管接続した冷媒回路を備える給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機とする。そして、前記給湯熱交換器は、前記圧縮機で圧縮された前記冷媒が供給される第１給湯熱交換器と、前記第１給湯熱交換器と直列に配設される第２給湯熱交換器を含み、前記給湯水の供給源から前記第２給湯熱交換器を経由して前記第１給湯熱交換器まで、前記給湯水が流通する給湯水管を配管して構成され、前記空調用熱交換器は前記第２給湯熱交換器と並列に配設され、前記制御弁は、前記第１給湯熱交換器を流通した後の前記冷媒の流通経路を切り換える四方弁と、前記第２給湯熱交換器及び前記空調用熱交換器の前記冷媒の流通を制御する熱交換器用弁機構と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明によると、第１給湯熱交換器に、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を供給することができる。さらに、四方弁を切り換えることで、空調用熱交換器に、高温の冷媒と低温の冷媒のいずれも供給可能になる。この構成によって、１つの冷凍サイクルで、暖房と冷房の切換が可能になり、さらには、給湯が可能になる。したがって、一つの冷凍サイクルで、冷房単独モード、冷房＋給湯モード、暖房単独モード、暖房＋給湯モード、及び給湯単独モードの各動作モードを切り換えることが可能になる。
【００１０】
また、前記熱交換器用弁機構は、前記第２給湯熱交換器の前記冷媒の流通を制御する第１制御バルブと、前記空調用熱交換器の前記冷媒の流通を制御する第２制御バルブと、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１１】
この構成によって、第１制御バルブで第２給湯熱交換器の冷媒の流通を制御することができ、第２制御バルブで空調用熱交換器の冷媒の流通を制御できる。したがって、第２給湯熱交換器の冷媒の流通と空調用熱交換器の冷媒の流通を独立して制御できる。
【００１２】
また、前記第１給湯熱交換器は、前記圧縮機から前記四方弁に向う前記冷媒の流通経路に備わることを特徴とする。
【００１３】
この構成によって、圧縮機で圧縮された高温高圧の冷媒を第１給湯熱交換器に供給できる。したがって、第１給湯熱交換器で、給湯水を効率よく加熱できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、冷房単独モード、冷房＋給湯モード、暖房単独モード、暖房＋給湯モード、及び給湯単独モードの各動作モードで動作可能で、冷房単独モード、及び給湯単独モードで動作するときにも熱交換能力のほぼ全てを冷房及び給湯に利用できる給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】冷房単独モードで動作するように設定された給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機を示す図である。
【図２】冷房＋給湯モードで動作するように設定された給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機を示す図である。
【図３】暖房単独モードで動作するように設定された給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機を示す図である。
【図４】暖房＋給湯モードで動作するように設定された給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機を示す図である。
【図５】給湯単独モードで動作するように設定された給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機を示す図である。
【図６】給湯単独モードで動作しているときに除霜運転するように設定された給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、圧縮機２、第１給湯熱交換器３、四方弁４、空気側熱交換器５、膨張弁６（膨張装置）、第２給湯熱交換器７が直列に配置され、冷媒Ｒｆが流通する流通経路を形成する冷媒管１０で配管接続される。さらに、第２給湯熱交換器７と並列に、空調用熱交換器としての水側熱交換器８が冷媒管１０で配管接続され、第２給湯熱交換器７の冷媒Ｒｆの流通を制御する第１制御バルブ７ａと、水側熱交換器８の冷媒Ｒｆの流通を制御する第２制御バルブ８ａとが備わって冷媒回路１ａを形成し、冷凍サイクルを構成している。
このように、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、１つの冷凍サイクルを備えて構成される。
【００１７】
冷媒管１０には、膨張弁６と第２給湯熱交換器７の間に第１接続部Ｐ１が形成され、第２給湯熱交換器７と四方弁４の間に第２接続部Ｐ２が形成される。
冷媒管１０は、第１接続部Ｐ１と第２接続部Ｐ２でそれぞれ分岐し、第１接続部Ｐ１と第２接続部Ｐ２の間が並列に配管される。
そして、第１接続部Ｐ１と第２接続部Ｐ２の間で並列に配管される冷媒管１０の一方に第２給湯熱交換器７が接続され、他方に水側熱交換器８が接続されている。
【００１８】
また、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１には、給湯水Ｗ２（図２参照）が流通する給湯水管１１と冷暖房用水Ｗ１が流通する冷暖房水管１２が配管される。
給湯水管１１は、給湯水Ｗ２の供給源である給水栓２０ａと第２給湯熱交換器７、第２給湯熱交換器７と第１給湯熱交換器３、及び第１給湯熱交換器３と給湯器２０を配管接続する。
この構成によって、給水栓２０ａから供給される給湯水Ｗ２が第２給湯熱交換器７、第１給湯熱交換器３を経由して給湯器２０まで流通する給湯水回路が形成される。
冷暖房水管１２は、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の負荷である冷暖房機３０内を、冷暖房機３０（負荷）に供給される被熱交換体となる冷暖房用水Ｗ１が循環するように配管され、冷暖房水管１２の一部は水側熱交換器８を通っている。
【００１９】
第１給湯熱交換器３は、圧縮機２から四方弁４に向う冷媒Ｒｆの流通経路に備わる。そして、圧縮機２で圧縮され、高温高圧になった冷媒Ｒｆが第１給湯熱交換器３に供給される。
【００２０】
圧縮機２は、図示しない駆動手段（エンジン、モータなど）で駆動し、低圧側２ａから導入される気体の冷媒Ｒｆを圧縮して高圧側２ｂから高温高圧の気体の冷媒Ｒｆを吐出する。
第１給湯熱交換器３には冷媒Ｒｆの流通路と給湯水Ｗ２（図２参照）の流通路が形成され、圧縮機２から直接供給される高温高圧の冷媒Ｒｆが給湯水Ｗ２と熱交換して給湯水Ｗ２を加熱し、高温の給湯水Ｗ２を生成する。
第２給湯熱交換器７には冷媒Ｒｆの流通路と給湯水Ｗ２の流通路が形成され、冷媒Ｒｆと給湯水Ｗ２が熱交換する。
そして、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、第１給湯熱交換器３、第２給湯熱交換器７、及び給湯水管１１を含んで給湯熱交換器を構成する。
また、空気側熱交換器５には冷媒Ｒｆの流通路が形成され、送風ファン５ａで強制的に送風される外気と冷媒Ｒｆが熱交換する。
【００２１】
本実施形態に係る第１給湯熱交換器３は、冷媒Ｒｆの顕熱を回収する機能を有する。また、空気側熱交換器５、第２給湯熱交換器７、及び水側熱交換器８は、冷媒Ｒｆの潜熱を回収する機能を有する。これら各熱交換器の熱交換容量は、冷媒Ｒｆの有する顕熱と潜熱の熱量比に応じて設定されることが好適である。
例えば、冷媒ＲｆとしてＲ−１３４Ａを用いた場合、第１給湯熱交換器３の熱交換容量：第２給湯熱交換器７の熱交換容量を、１：９〜２：８に設定することが好適である。また、空気側熱交換器５、及び水側熱交換器８の熱交換容量を、第２給湯熱交換器７の熱交換容量と同程度に設定することが好適である。
【００２２】
このように設定すると、第１給湯熱交換器３は、冷媒Ｒｆの顕熱のみを回収できる。
第１給湯熱交換器３が冷媒Ｒｆの顕熱のみならず潜熱を回収すると、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の冷凍サイクルの全容積に対する、液体の状態で存在する冷媒Ｒｆの容積の割合が大きくなり、冷媒Ｒｆの必要量を増やす必要がある。
第１給湯熱交換器３が冷媒Ｒｆの顕熱のみを回収できる構成とすることで、冷媒Ｒｆの必要量を減らすことができる。
【００２３】
膨張弁６は、液体の冷媒Ｒｆを断熱膨張して減圧（減圧膨張）し、冷媒Ｒｆを低温低圧にする。
本実施形態において、膨張弁６は、空気側熱交換器５と第１接続部Ｐ１の間に配置されている。
この構成によって、冷媒Ｒｆが第２給湯熱交換器７、水側熱交換器８のいずれに流通する場合であっても、膨張弁６は冷媒Ｒｆを減圧できる。すなわち、膨張弁６を１つ備えればよく、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の構造が複雑になることが避けられ、且つ、製造コストを抑えることができる。
【００２４】
また、水側熱交換器８には冷媒Ｒｆの流通路と冷暖房用水Ｗ１の流通路が形成され、冷媒Ｒｆと冷暖房用水Ｗ１が熱交換する。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、第２給湯熱交換器７と水側熱交換器８が並列に配置され、熱交換器用弁機構としての第１制御バルブ７ａ、第２制御バルブ８ａによって冷媒Ｒｆの流通を制御することで、第２給湯熱交換器７と水側熱交換器８のどちらか一方に冷媒Ｒｆを供給できる。又は、第２給湯熱交換器７と水側熱交換器８の両方に冷媒Ｒｆを供給することができ、さらには、第２給湯熱交換器７と水側熱交換器８の両方への冷媒Ｒｆの供給を停止することもできる。
第１制御バルブ７ａと第２制御バルブ８ａは、例えば開閉弁である。
【００２６】
例えば、図５に示すように、第１制御バルブ７ａを開弁して第２制御バルブ８ａを閉弁すると冷媒Ｒｆは第２給湯熱交換器７に供給される。すなわち、冷媒Ｒｆは第２給湯熱交換器７を流通し、給湯水Ｗ２と熱交換する。
また、図１に示すように、第１制御バルブ７ａを閉弁して第２制御バルブ８ａを開弁すると冷媒Ｒｆは水側熱交換器８に供給される。すなわち、冷媒Ｒｆは水側熱交換器８を流通し、冷暖房用水Ｗ１と熱交換する。
【００２７】
水側熱交換器８で冷媒Ｒｆと熱交換して冷却又は加熱された冷暖房用水Ｗ１は冷暖房水管１２を流通して、例えばユーザの居室（図示せず）に備わる冷暖房機３０に供給される。そして、冷暖房機３０は、冷暖房用水Ｗ１が冷却されている場合は居室を冷房し、冷暖房用水Ｗ１が加熱されている場合は居室を暖房する。
また、第１給湯熱交換器３で加熱された高温の給湯水Ｗ２（図２参照）は、給湯器２０まで給湯水管１１を流通し、給湯器２０からユーザに供給される。
【００２８】
四方弁４は、４つの接続口４ａ、４ｂ、４ｃ、及び４ｄを有し、弁体４ｅの動作によって、接続口４ａ、４ｂが連通するとともに接続口４ｃ、４ｄが連通する第１状態と、図３に示すように接続口４ａ、４ｃが連通するとともに接続口４ｂ、４ｄが連通する第２状態とを切り換えることができる。
【００２９】
接続口４ａは、冷媒管１０を介して第２給湯熱交換器７、及び水側熱交換器８と接続され、接続口４ｂは、冷媒管１０を介して圧縮機２の低圧側２ａと接続される。
また、接続口４ｃは、冷媒管１０を介して第１給湯熱交換器３と接続され、接続口４ｄは、冷媒管１０を介して空気側熱交換器５と接続される。
この構成によって、四方弁４は、第１給湯熱交換器３を流通した後の冷媒Ｒｆの流通経路を切り換えることができる。
【００３０】
四方弁４、第１制御バルブ７ａ、及び第２制御バルブ８ａは、それぞれ制御装置９と接続され、四方弁４は、制御装置９が出力する制御信号で第１状態と第２状態が切り換わるように構成される。
また、第１制御バルブ７ａ、第２制御バルブ８ａは、制御装置９が出力する制御信号で、それぞれ個別に開弁状態と閉弁状態が切り換わるように構成される。
本実施形態においては、四方弁４、第１制御バルブ７ａ、及び第２制御バルブ８ａをまとめて、冷媒回路１ａにおける冷媒Ｒｆの流通を制御する制御弁とする。
【００３１】
なお、制御装置９は、例えば圧縮機２の図示しない制御部と接続され、圧縮機２は制御装置９が出力する信号で、駆動開始及び停止が制御される構成であってもよい。
【００３２】
例えば制御装置９に、冷暖房機３０の機能モード（冷房機能、暖房機能、ＯＦＦ）を切り換えるための切り換えボタン９ａが備わる構成とすると、ユーザは切り換えボタン９ａを操作して冷暖房機３０の機能モードを切り換えることができる。
制御装置９は、ユーザが切り換えボタン９ａを操作して設定する冷暖房機３０の機能モードに基づいて、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１を設定する。
【００３３】
さらに制御装置９には、給湯水Ｗ２（図２参照）が給湯器２０からユーザに供給中であることを示す信号が入力され、制御装置９は、給湯器２０が給湯水Ｗ２を供給中のとき給湯モードで動作するように、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１を設定する。
そして、制御装置９が、圧縮機２の図示しない制御部に、駆動開始を指示する制御信号を入力すると圧縮機２が駆動を開始し、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が動作を開始する。
【００３４】
なお、図１〜図６において、冷媒回路１ａにおける冷媒Ｒｆの流れを示す矢印が破線のとき冷媒Ｒｆは気体であることを示し、矢印が一点鎖線のとき冷媒Ｒｆは液体であることを示す。また、矢印が細かい破線（ドット線）のとき冷媒Ｒｆは気体と液体が混合した状態（気液混合）であることを示す。
【００３５】
例えばユーザが、制御装置９の切り換えボタン９ａを操作して冷暖房機３０の機能モードを冷房機能に設定した場合、制御装置９は、冷房単独モードで動作するように、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１を設定する。具体的に制御装置９は、図１に示すように、四方弁４を第１状態に切り換えて接続口４ａと接続口４ｂを連通するとともに接続口４ｃと接続口４ｄを連通する。さらに、制御装置９は、第１制御バルブ７ａを閉弁して第２制御バルブ８ａを開弁する。
【００３６】
制御装置９から入力される制御信号に応じて圧縮機２が駆動開始すると、圧縮機２で圧縮され高圧側２ｂから吐出された高温高圧の気体の冷媒Ｒｆは、四方弁４の接続口４ｃから接続口４ｄを経由して空気側熱交換器５を流通する。
冷媒Ｒｆは、空気側熱交換器５を流通するときに相対的に低温な外気によって冷却されて凝縮して液化し、さらに、液化した冷媒Ｒｆは膨張弁６で断熱膨張して減圧し、わずかな一部が気化して低温の気液混合の状態になる。
【００３７】
第１制御バルブ７ａは閉弁状態であり、第２制御バルブ８ａが開弁状態であることから、冷媒Ｒｆは、ほぼ液体の気液混合の状態で水側熱交換器８を流通し、相対的に高温の冷暖房用水Ｗ１と熱交換して冷暖房用水Ｗ１を冷却する。そして冷媒Ｒｆは全て気化する。
水側熱交換器８で気化した冷媒Ｒｆは、四方弁４の接続口４ａから接続口４ｂを経由して、圧縮機２に低圧側２ａから導入されて圧縮される。
【００３８】
このように、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、冷房単独モードで動作するとき、冷媒Ｒｆのほぼ全てを膨張弁６で低温低圧の液体にすることができ、さらに、冷媒Ｒｆのほぼ全てを水側熱交換器８で気化して冷暖房用水Ｗ１を冷却できる。換言すると、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の熱交換能力のほぼ全てを冷暖房用水Ｗ１の冷却に利用することができる。すなわち、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の熱交換能力のほぼ全てを冷房に利用できることになり、冷房能力を向上できる。
【００３９】
次に、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機が、冷房＋給湯モードで動作する場合について説明する。
例えば、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が冷房単独モードで動作しているときに、ユーザが給湯器２０から給湯水Ｗ２の供給を受ける操作をした場合、図２に示すように給湯水管１１に給湯水Ｗ２が流通し、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、冷房＋給湯モードで動作する。
このとき、第１制御バルブ７ａは閉弁状態であり、第２制御バルブ８ａは開弁状態である。
【００４０】
給水栓２０ａから供給される給湯水Ｗ２は、第２給湯熱交換器７、給湯水管１１を経由して第１給湯熱交換器３を流通するときに、圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒Ｒｆから顕熱と一部の潜熱を受け取って高温の給湯水Ｗ２になり、給湯器２０まで給湯水管１１を流通してユーザに供給される。
【００４１】
第１給湯熱交換器３で顕熱と一部の潜熱を給湯水Ｗ２に与えて温度が低下し、わずかな一部が凝縮した冷媒Ｒｆは、ほぼ気体の気液混合の状態で四方弁４の接続口４ｃから接続口４ｄを経由して空気側熱交換器５を流通する。
冷媒Ｒｆは、空気側熱交換器５を流通するときに相対的に低温の外気によって冷却されて凝縮して液化し、さらに、液化した冷媒Ｒｆは膨張弁６で断熱膨張して減圧し、わずかな一部が気化して低温の気液混合の状態になる。
その後、冷媒Ｒｆは、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が冷房単独モードで動作するときと同様に冷媒回路１ａを流通し、冷暖房用水Ｗ１を冷却する。
【００４２】
このように、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、冷房＋給湯モードで動作する場合、第１給湯熱交換器３において、冷媒Ｒｆの顕熱で給湯水Ｗ２を加熱できる。例えば冷房単独モードの場合、冷媒Ｒｆの顕熱は、空気側熱交換器５で排熱される熱量であることから、冷房＋給湯モードでは、一部の排熱を給湯水Ｗ２の加熱用に回収していることになり、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の省エネルギー化に寄与することができる。
【００４３】
さらに、冷房単独モードの場合と同様に、冷媒Ｒｆのほぼ全てを膨張弁６で低温低圧の液体にすることができ、さらに、冷媒Ｒｆのほぼ全てを水側熱交換器８で気化して冷暖房用水Ｗ１を冷却できる。したがって、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の熱交換能力のほぼ全ての能力で冷暖房用水Ｗ１を冷却できることになり、冷房＋給湯モードで動作する場合であっても冷房能力を高く維持できる給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１を得られる。
【００４４】
次に、図３を参照して、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が暖房単独モードで動作する場合について説明する。
【００４５】
例えばユーザが、制御装置９の切り換えボタン９ａを操作して冷暖房機３０の機能モードを暖房機能に設定した場合、制御装置９は、暖房単独モードで動作するように、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１を設定する。具体的に制御装置９は、図３に示すように、四方弁４を第２状態に切り換えて接続口４ａと接続口４ｃを連通するとともに接続口４ｂと接続口４ｄを連通する。さらに、制御装置９は、第１制御バルブ７ａを閉弁して第２制御バルブ８ａを開弁する。
【００４６】
制御装置９から入力される制御信号に応じて圧縮機２が駆動を開始すると、圧縮機２で圧縮され高圧側２ｂから吐出された高温高圧の気体の冷媒Ｒｆは、四方弁４の接続口４ｃから接続口４ａを経由して冷媒管１０を流通する。
第１制御バルブ７ａが閉弁し、第２制御バルブ８ａが開弁していることから、冷媒Ｒｆは、水側熱交換器８を流通する。
そして冷媒Ｒｆは、水側熱交換器８で相対的に温度の低い冷暖房用水Ｗ１と熱交換して冷暖房用水Ｗ１を加熱し、気体の冷媒Ｒｆは凝縮して液化する。
加熱された冷暖房用水Ｗ１は温水となって冷暖房機３０を循環し、例えばユーザの居室（図示せず）を暖房する。
【００４７】
水側熱交換器８で凝縮して液化した冷媒Ｒｆは、膨張弁６で断熱膨張して減圧し、わずかな一部が気化して低温の気液混合の状態になる。
そして、冷媒Ｒｆは空気側熱交換器５を流通するときに相対的に高温の外気と熱交換して気化する。
気化した冷媒Ｒｆは、四方弁４の接続口４ｄから接続口４ｂを経由して、低圧側２ａから圧縮機２に導入されて圧縮され、高温高圧の冷媒Ｒｆが高圧側２ｂから吐出される。
【００４８】
また、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が暖房単独モードで動作しているときに、例えばユーザが給湯器２０から給湯水Ｗ２の供給を受ける操作をした場合、図４に示すように給湯水管１１に給湯水Ｗ２が流通し、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、暖房＋給湯モードで動作する。
このとき、第１制御バルブ７ａは閉弁状態であり、第２制御バルブ８ａは開弁状態である。このように、第１制御バルブ７ａを閉弁状態にして、第２制御バルブ８ａを開弁状態にすることで、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の暖房能力を向上させることができる。
なお、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１に要求される暖房能力が小さく、冷暖房機３０の負荷が小さいときは、第１制御バルブ７ａ、第２制御バルブ８ａをともに開弁状態にしてもよい。
【００４９】
給水栓２０ａから供給される給湯水Ｗ２は、第１給湯熱交換器３を流通するときに、圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒Ｒｆから顕熱と一部の潜熱を受け取って高温の給湯水Ｗ２になり、給湯器２０まで給湯水管１１を流通してユーザに供給される。
【００５０】
第１給湯熱交換器３で顕熱と一部の潜熱を給湯水Ｗ２に与えて温度が低下し、わずかな一部が凝縮した冷媒Ｒｆは、ほぼ気体の気液混合の状態で四方弁４の接続口４ｃから接続口４ａを経由して冷媒管１０を流通する。
そして、冷媒Ｒｆは、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が暖房単独モードで動作するときと同様に冷媒回路１ａを流通し、冷暖房用水Ｗ１を加熱する。
【００５１】
このように、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、暖房単独モード、及び暖房+給湯モードで動作できる。
【００５２】
次に、図５を参照して、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が給湯単独モードで動作する場合について説明する。
【００５３】
例えばユーザが、制御装置９の切り換えボタン９ａを操作して冷暖房機３０の機能モードをＯＦＦ（冷房機能、暖房機能共にＯＦＦのモード）に設定した場合、制御装置９は、給湯単独モードで動作するように給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１を設定する。
具体的に制御装置９は、図５に示すように、四方弁４を第２状態に切り換えて接続口４ａと接続口４ｃを連通するとともに接続口４ｂと接続口４ｄを連通する。さらに、制御装置９は、第１制御バルブ７ａを開弁して第２制御バルブ８ａを閉弁する。
【００５４】
この状態のときに、例えばユーザが給湯器２０から給湯水Ｗ２の供給を受ける操作をした場合、図５に示すように給湯水管１１に給湯水Ｗ２が流通し、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、給湯単独モードで動作する。
【００５５】
制御装置９から入力される制御信号に応じて圧縮機２が駆動を開始すると、圧縮機２で圧縮され高圧側２ｂから吐出された高温高圧の気体の冷媒Ｒｆは、第１給湯熱交換器３を流通する。
一方、給水栓２０ａから供給される給湯水Ｗ２は、第２給湯熱交換器７、給湯水管１１を経由した後、第１給湯熱交換器３を流通する。
そして、給湯水Ｗ２は第１給湯熱交換器３で、圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒Ｒｆから顕熱と一部の潜熱を受け取って高温の給湯水Ｗ２になり、給湯器２０まで給湯水管１１を流通してユーザに供給される。
【００５６】
一方、第１給湯熱交換器３で顕熱と一部の潜熱を給湯水Ｗ２に与えて温度が低下し、わずかな一部が凝縮した冷媒Ｒｆは、ほぼ気体の気液混合の状態で四方弁４の接続口４ｃから接続口４ａを経由して冷媒管１０を流通する。
第１制御バルブ７ａが開弁し第２制御バルブ８ａが閉弁していることから、冷媒Ｒｆは第２給湯熱交換器７を流通する。
そして、冷媒Ｒｆは、第２給湯熱交換器７を流通する給湯水Ｗ２と熱交換し、給湯水Ｗ２を加熱する。
【００５７】
第２給湯熱交換器７で給湯水Ｗ２と熱交換した冷媒Ｒｆは冷却されて凝縮して液化し、冷媒管１０を流通する。そして、膨張弁６で断熱膨張して減圧し、わずかな一部が気化して低温の気液混合の状態になる。
さらに、低温の冷媒Ｒｆは空気側熱交換器５で相対的に高温の外気と熱交換して気化する。
気化した冷媒Ｒｆは、四方弁４の接続口４ｄから接続口４ｂを経由して、低圧側２ａから圧縮機２に導入されて圧縮され、高温高圧の冷媒Ｒｆが高圧側２ｂから吐出される。
【００５８】
このように、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、給湯単独モードで動作することが可能である。
給湯単独モードでは、圧縮機２で圧縮される高温高圧の冷媒Ｒｆの全てが、直列に配置される第１給湯熱交換器３及び第２給湯熱交換器７を流通して給湯水Ｗ２を加熱することから、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の熱交換能力のほぼ全てを給湯水Ｗ２の加熱に利用することができる。すなわち、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の熱交換能力のほぼ全てを給湯に利用できることになり、給湯能力を向上できる。
【００５９】
なお、空気側熱交換器５が冷媒Ｒｆの蒸発器として機能する場合（例えば、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が、暖房単独モード、暖房＋給湯モード、給湯単独モードのいずれかの動作モードで動作する場合）、空気側熱交換器５に霜が発生する場合がある。このような霜を除去するため、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、必要に応じて除霜運転をする構成が好適である。
【００６０】
次に、例えば、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が給湯単独モードで動作している場合の除霜運転について説明する。空気側熱交換器５に霜が発生したことを制御装置９が検出すると、制御装置９は、図６に示すように、四方弁４を第１状態に切り換えて接続口４ａと接続口４ｂを連通するとともに接続口４ｃと接続口４ｄを連通する。なお、制御装置９が、空気側熱交換器５に霜が発生したことを検出する方法は限定しない。例えば、制御装置９は、図示しない温度計が計測する外気温度に応じて冷媒Ｒｆの温度を推定し、推定した冷媒Ｒｆの温度が所定値以下となった場合に、空気側熱交換器５に霜が発生したと判定する方法とすればよい。
【００６１】
圧縮機２で圧縮され高圧側２ｂから吐出された高温高圧の気体の冷媒Ｒｆは、第１給湯熱交換器３を流通する。
給水栓２０ａから供給される給湯水Ｗ２は、第２給湯熱交換器７、給湯水管１１を経由した後、第１給湯熱交換器３を流通する。
そして、給湯水Ｗ２は、圧縮機２で圧縮された高温高圧の冷媒Ｒｆから顕熱と一部の潜熱を第１給湯熱交換器３で受け取って高温の給湯水Ｗ２になり、給湯器２０まで給湯水管１１を流通してユーザに供給される。
【００６２】
一方、第１給湯熱交換器３で顕熱と一部の潜熱を給湯水Ｗ２に与えて温度が低下し、わずかな一部が凝縮した冷媒Ｒｆは、ほぼ気体の気液混合の状態で四方弁４の接続口４ｃから接続口４ｄを経由して冷媒管１０を流通する。
そして、高温高圧の冷媒Ｒｆは、空気側熱交換器５を流通するときに霜を解かし、且つ相対的に低温の外気によって冷却されて凝縮する。
【００６３】
凝縮して液体になった冷媒Ｒｆは膨張弁６で断熱膨張して減圧し、わずかな一部が気化して低温の気液混合の状態になる。ほぼ液体の気液混合の状態になった冷媒Ｒｆは第２給湯熱交換器７を流通し、相対的に高温の給湯水Ｗ２と熱交換して気化し、四方弁４を経由して低圧側２ａから圧縮機２に導入されて圧縮される。
【００６４】
このように、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１を除霜運転すると、空気側熱交換器５に発生する霜を高温の冷媒Ｒｆで除去できる。
また、給湯水Ｗ２は、第２給湯熱交換器７では低温の冷媒Ｒｆで冷却されるが、第１給湯熱交換器３で高温の冷媒Ｒｆと熱交換して加熱されるため、給湯水Ｗ２の温度低下を抑制できる。
このように、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、給湯単独モードで動作しているときに除霜運転しても給湯水Ｗ２の温度低下を抑制できる。
【００６５】
また、除霜運転のとき、制御装置９が第２制御バルブ８ａを開弁する構成であってもよい。そして、水側熱交換器８に冷暖房用水Ｗ１（図１参照）が流通する構成とすれば、水側熱交換器８を蒸発器として機能させることができる。
この構成によって、膨張弁６で減圧された気液混合の状態の冷媒Ｒｆの一部は水側熱交換器８を流通することになり、第２給湯熱交換器７の冷媒Ｒｆの流通量を減らすことができる。したがって、第２給湯熱交換器７における給湯水Ｗ２の温度低下を抑制できる。
【００６６】
なお、除霜運転のときには、水側熱交換器８を流通する冷暖房用水Ｗ１が冷暖房機３０を循環しない構成とすれば、冷却された冷暖房用水Ｗ１でユーザの居室（図示せず）が冷却されることを防止できる。
【００６７】
以上のように、図１に示す、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、１つの冷凍サイクルを備える構成で、冷房単独モード、冷房＋給湯モード、暖房単独モード、暖房＋給湯モード、及び給湯単独モードの各動作モードで動作することができる。そして、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が冷房単独モードで動作する場合、冷媒Ｒｆのほぼ全てを膨張弁６で低温低圧の液体にすることができ、さらに、冷媒Ｒｆのほぼ全てを水側熱交換器８で気化して冷暖房用水Ｗ１を冷却できる。すなわち、熱交換能力のほぼ全てを冷暖房用水Ｗ１を冷却に利用することができる。したがって、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の冷房能力を向上できるという優れた効果を奏する。
【００６８】
また、図２に示すように、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が冷房＋給湯モードで動作する場合、第１給湯熱交換器３では、冷媒Ｒｆの顕熱で給湯水Ｗ２を加熱できる。冷媒Ｒｆの顕熱は、空気側熱交換器５で排熱される熱量であることから、冷房＋給湯モードでは一部の排熱を給湯用に回収していることになり、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の省エネルギー化に寄与できるという優れた効果を奏する。
【００６９】
また、図５に示すように、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が給湯単独モードで動作する場合、圧縮機２で圧縮される高温の冷媒Ｒｆのほぼ全てを、直列に配置される第１給湯熱交換器３及び第２給湯熱交換器７に流通させて給湯水Ｗ２を加熱できる。したがって、給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１の熱交換能力のほぼ全てを給湯水Ｗ２の加熱に利用することができ、給湯能力を向上できるという優れた効果を奏する。
さらに、例えば空気側熱交換器５（図６参照）に霜が発生した場合であっても、本実施形態に係る給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１は、給湯水Ｗ２の温度低下を好適に抑制しながら除霜運転できるという優れた効果を奏する。
【００７０】
なお、図１に示すように、本実施形態においては、冷暖房機３０（負荷）に供給される被熱交換体を水（冷暖房用水Ｗ１）とし、空調用熱交換器として水側熱交換器８を備える構成としたが、この構成に限定するものではない。
例えば、冷暖房機３０（負荷）に供給される被熱交換体をブラインとし、空調用熱交換器として、冷媒Ｒｆとブラインが熱交換する熱交換器を備える構成としてもよいし、被熱交換体を空気とし、空調用熱交換器として、冷媒Ｒｆと空気が熱交換する熱交換器を備える構成としてもよい。
【００７１】
また、第２給湯熱交換器７及び水側熱交換器８の冷媒Ｒｆの流通を制御する熱交換器用弁機構として、開閉弁の第１制御バルブ７ａと、開閉弁の第２制御バルブ８ａとを備える構成としたが、第１制御バルブ７ａと第２制御バルブ８ａを、冷媒Ｒｆの流量調整が可能な流量調整弁としてもよい。
【００７２】
さらに、熱交換器用弁機構として、第２給湯熱交換器７と水側熱交換器８の何れか一方を選択して冷媒Ｒｆを流通させる三方弁を備える構成であってもよいし、第２給湯熱交換器７と水側熱交換器８の冷媒Ｒｆの流量比率を調整可能な三方弁を備える構成であってもよい。
【００７３】
熱交換器用弁機構として、流量調整弁の第１制御バルブ７ａと第２制御バルブ８ａを備える場合、及び、第２給湯熱交換器７と水側熱交換器８の冷媒Ｒｆの流量比率を調整可能な三方弁を備える場合、例えば給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機１が暖房＋給湯モードで動作するときに、第２給湯熱交換器７と水側熱交換器８に流通する冷媒Ｒｆの流量を細かく調整することができる。そして、給湯水Ｗ２（図２参照）の温度と、冷暖房用水Ｗ１の温度を細かく調整することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１      給湯機能付ヒートポンプ式空気調和機
１ａ    冷媒回路
２      圧縮機
３      第１給湯熱交換器（給湯熱交換器）
４      四方弁（制御弁）
５      空気側熱交換器
６      膨張弁（膨張装置）
７      第２給湯熱交換器（給湯熱交換器）
７ａ    第１制御バルブ（制御弁、熱交換器用弁機構）
８      水側熱交換器（空調用熱交換器）
８ａ    第２制御バルブ（制御弁、熱交換器用弁機構）
１０    冷媒管
１１    給湯水管
２０ａ  給水栓（給湯水の供給源）
３０    冷暖房機（負荷）
Ｒｆ    冷媒
Ｗ１    冷暖房用水（被熱交換体）
Ｗ２    給湯水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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